[发明专利]基于低频捷变频和滑动窗的宽温度范围解调装置及方法

权利要求书

1.基于低频捷变频和滑动窗的宽温度范围解调装置，其特征在于，所述宽温度范围解调装置包括激光器(1)、光纤耦合器(2)、第一电光调制器(3)、第二电光调制器(4)、掺饵光纤放大器(5)、正交扰偏器(6)、光隔离器(7)、捷变频模块(8)、上变频模块(9)、第一环形器(10)、第二环形器(11)、光纤光栅滤波器(12)、光电探测器(13)以及采集卡(14)；

所述捷变频模块(8)有四路输出；

所述四路输出中的第一路输出为用于驱动所述第一电光调制器(3)的电脉冲信号；

所述四路输出中的第二路输出为频率连续变化的正弦波信号，该正弦波信号经由所述上变频模块(9)升频后输出频率带宽为400MHz的微波信号，且该微波信号的频率在10.1～12.5GHz之间；

所述四路输出中的第三路输出为触发所述采集卡(14)采集数据的触发信号；

所述四路输出中的第四路输出为用于驱动所述正交扰偏器(6)的正交扰偏信号；

所述上变频模块(9)利用滑动窗方式动态调节温度范围；在进行宽温度范围测量时，根据计算前一次测量的光纤平均温度，改变所述上变频模块(9)的输出频率，以使得探测光的频率覆盖当前温度范围；

所述激光器(1)发出的激光进入所述光纤耦合器(2)的输入端，经所述光纤耦合器(2)后分为功率相同的两束激光；

所述两束激光中的一束激光经由所述捷变频模块(8)输出的电脉冲信号驱动的所述第一电光调制器(3)调制为泵浦光，再经所述掺饵光纤放大器(5)放大后，经所述第一环形器(10)后再从待测单模光纤(15)的一端进入所述待测单模光纤(15)；

所述两束激光中的另一束激光经由所述上变频模块(9)输出的微波信号驱动的所述第二电光调制器(4)调制为探测光，再经所述正交扰偏器(6)扰偏后，经所述光隔离器(7)后再从所述待测单模光纤(15)的另一端进入所述待测单模光纤(15)；

所述泵浦光和所述探测光在所述待测单模光纤(15)中相互作用，产生背向受激布里渊散射信号，所述背向受激布里渊散射信号经所述第一环形器(10)、所述第二环形器(11)后进入所述光纤光栅滤波器(12)，滤出的下边带光束经所述光电探测器(13)接收，所述光电探测器(13)产生的电信号由所述采集卡(14)采集。

2.根据权利要求1所述的宽温度范围解调装置，其特征在于，所述采集卡(14)单次采集的数据用于按频率大小等分成N段，按频率构建布里渊增益谱，通过对布里渊增益谱进行数据拟合得到布里渊频移，以计算待测单模光纤上各点温度值，实现对光纤温度的分布式传感；其中，N为大于1的整数。

3.根据权利要求2所述的宽温度范围解调装置，其特征在于，所述四路输出的所述电脉冲信号、所述正弦波信号、所述触发信号和所述正交扰偏信号是时间同步的。

4.根据权利要求3所述的宽温度范围解调装置，其特征在于：

每个周期包括N个不同频率的正弦波信号，对应于输出的N个相同的电脉冲信号；每个周期对应一个触发信号，所述触发信号的上升沿对准该周期的起始端；每个所述正弦波信号对应一个所述电脉冲信号。

5.根据权利要求4所述的宽温度范围解调装置，其特征在于，所述正交扰偏信号为0.5占空比的脉冲信号，用于驱动光电探测器(13)对探测光扰偏，每半个周期对应一个触发信号，以使所述采集卡(14)采集的相邻两组信号偏振态正交。

6.根据权利要求5所述的宽温度范围解调装置，其特征在于，所述上变频模块(9)被配置成采用如下方式自动调整其输出频率：温度每升高1℃，上变频模块的输出频率增加1MHz。

7.根据权利要求6所述的宽温度范围解调装置，其特征在于，所述上变频模块(9)被配置用于自动调整其输出频率以使得：将前一次测量的光纤平均温度设置为当前次测量温度范围的中间值。

8.基于低频捷变频和滑动窗的宽温度范围解调方法，其特征在于，所述宽温度范围解调方法基于宽温度范围解调装置实现；

所述宽温度范围解调方法装置包括激光器(1)、光纤耦合器(2)、第一电光调制器(3)、第二电光调制器(4)、掺饵光纤放大器(5)、正交扰偏器(6)、光隔离器(7)、捷变频模块(8)、上变频模块(9)、第一环形器(10)、第二环形器(11)、光纤光栅滤波器(12)、光电探测器(13)以及采集卡(14)；

宽温度范围解调方法包括：

令所述激光器(1)发出的激光进入所述光纤耦合器(2)的输入端，经所述光纤耦合器(2)后分为功率相同的两束激光；

使所述两束激光中的一束激光经由所述捷变频模块(8)输出的电脉冲信号驱动的所述第一电光调制器(3)调制为泵浦光，再经所述掺饵光纤放大器(5)放大后，经所述第一环形器(10)后再从待测单模光纤(15)的一端进入所述待测单模光纤(15)；

使所述两束激光中的另一束激光经由所述上变频模块(9)输出的微波信号驱动的所述第二电光调制器(4)调制为探测光，再经所述正交扰偏器(6)扰偏后，经所述光隔离器(7)后再从所述待测单模光纤(15)的另一端进入所述待测单模光纤(15)；

使所述泵浦光和所述探测光在所述待测单模光纤(15)中相互作用，产生背向受激布里渊散射信号，所述背向受激布里渊散射信号经所述第一环形器(10)、所述第二环形器(11)后进入所述光纤光栅滤波器(12)，滤出的下边带光束经所述光电探测器(13)接收，所述光电探测器(13)产生的电信号由所述采集卡(14)采集；

在进行宽温度范围测量时，根据计算前一次测量的光纤平均温度，改变所述上变频模块(9)的输出频率，以使得探测光的频率覆盖当前温度范围。